1.本发明涉及一种感应式的线性位移传感器、一种车辆的转向系统以及一种车辆,所述线性位移传感器例如可以用于车辆的转向系统。
背景技术:
2.由de102018102698a1已知感应式的位置传感器的一种实施变型方案。位置传感器被构造为具有相对于定子可运动的部件和布置在该部件上的具有三维形状的游标(cursor)。可运动部件和游标以能围绕一个共同的旋转轴线旋转运动的方式布置。因此,位置传感器被构造为用于检测可运动部件相对于定子的旋转角度的感应式旋转角度传感器。
3.已经表明,所描述的感应式旋转角度传感器对于在具有小运动的车辆中的特定应用中、诸如在可变凸轮轴调节中是特别有利的。
4.而对于一些应用、诸如车辆的转向系统,值得期望的是,基于在解释感应式旋转角度传感器的测量结果时产生的可能多次回转的多义性,改进所述感应式旋转角度传感器,这种多义性在转向系统中由方向盘运动的多次回转产生,也作为多圈(multiturn)问题已知,或者对于这些应用使用其它传感器,该其它传感器能更好地适用于这些应用。因为基于方向盘运动的多次回转的检测在传感方面是复杂的,因为必须对多次回转(通常也称为多圈)进行计数或减速。
5.在未来的线控转向系统中多义性问题可能增加,因为在这些线控转向系统中转向柱被取消并且转向的车轮角度应被理解为位置调节任务。与目前在车辆中的助力转向装置不同,在该助力转向装置中主要调节转矩、即由驾驶员施加在方向盘上的力的辅助功率。对于线控转向系统中的位置调节,需要目标位置和精确的实际位置检测。
6.在一些汽车应用、如转向系统中,还要测量大约20至30cm的相对长的位移。这使得感应式位置传感器、特别是在作为感应式旋转角度传感器的实施方案中并且除了多义性问题之外非常大且相对昂贵。同样地,在车辆的弹簧缓冲装置、减震器上或者在车辆的座椅轨道上再次发现用于这样的如这里描述的具有相对大的测量范围的位移传感器的另外的测量位置。除了车辆之外,在具有相应的x-y调节台的机床中或者在设备制造或者生产线中得以应用。
技术实现要素:
7.本发明的任务在于,给出一种改进的感应式的位置传感器,其同样能够有利地用于汽车应用和其它应用,特别是能够以紧凑且有利结构的方式测量相对长的位移并且相对于旋转耦合的测量系统不具有多义性问题。
8.上述任务通过权利要求的技术方案来解决。特别是,所述任务通过一种根据权利要求1的感应式的线性位移传感器来解决。此外,所述任务通过一种根据权利要求11的转向系统和一种根据权利要求15的车辆来解决。本发明的其它优点和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此,结合根据本发明的线性位移传感器描述的特征和细节当然也适用
于结合根据本发明的转向系统和根据本发明的车辆,并且相应地反之亦然,从而关于各个发明方面的公开内容始终相互参照或者说可以相互参照。
9.根据本发明第一方面,所述任务通过一种感应式的线性位移传感器来解决。线性位移传感器具有定子,该定子具有至少一个励磁线圈和至少一个传感器接收线圈。此外,线性位移传感器具有能线性地相对于定子运动的至少一个移动元件。所述至少一个移动元件具有在移动元件的线性运动方向的方向上延伸的纵向延伸部。所述至少一个移动元件被构造为具有多个能导电的用于将所述至少一个励磁线圈与所述至少一个传感器接收线圈感应耦合的耦合区段。此外,所述至少一个移动元件被构造为具有相对于耦合区段较少导电的或不能导电的非耦合区段。各耦合区段在纵向延伸部的方向上分别通过非耦合区段相互间隔开。此外,线性位移传感器具有评估电路。评估电路设计用于根据所述至少一个励磁线圈与所述至少一个传感器接收线圈之间的感应耦合检测所述至少一个移动元件相对于所述定子的线性位置。
10.所述感应式的线性位移传感器的优点特别是在于,通过将游标构造为移动元件能够以简单的方式实现感应式地感测所述至少一个移动元件相对于定子的线性位置。在应用于转向系统时,利用所述线性位移传感器消除开头所概述的多义性问题,并且所述线性位移传感器能够相对紧凑地形成并且尽管如此能够无困难地测量相对长的在直至300或400mm的范围内的线性位移。特别是可以规定,所述感应式的线性位移传感器(以下也仅称为线性位移传感器)借助评估电路设计用于,当所述至少一个移动元件在线性运动方向上运动时,检测所述至少一个移动元件相对于定子所经过的线性位移。
11.本领域技术人员原则上例如从de102018102698a1(这里可以完全参考或者说参阅该文献)以及从由黑拉有限责任两合公司销售的具有商标名称的传感器已知在定子与游标之间的感应式测量的工作原理。
12.根据本发明的感应式的线性位移传感器可以是增量编码器、也可以是能够实现所述至少一个移动元件相对于定子的线性位置的绝对检测的传感器。借助增量编码器只能实现数字地检测所述至少一个移动元件相对于定子的线性位置,该线性位置还与之前计数的增量的历史有关,并且因此在重新启动之后或在线性位移传感器或上级系统接通之后不能提供直接的绝对位置信息。借助线性位移传感器的评估电路,以本领域技术人员已知的方式不仅能够确定所述至少一个相对于定子的线性位置,而且能够确定所述至少一个移动元件所经过的线性位移和/或所述至少一个移动元件与定子之间的相对速度。此外,评估电路可以包括用于信号放大和信号处理的器件。
13.根据本发明第一方面的感应式的线性位移传感器可以在不同的应用中、特别是在车辆中或者说在不同的汽车应用中以及也在非汽车应用或者说其它应用中使用。线性位移传感器例如可以应用在车辆的转向系统中。在此,对于转向系统的应用仅构成示例性的、但特别有利的应用领域,根据本发明第一方面的线性位移传感器特别适合于该应用领域并且在该应用领域中可以使用该线性位移传感器,但不限于此。进一步有利的应用可能性出现在底盘的弹簧缓冲装置上、在减震器上或在座椅轨道上的座椅调节中。在非汽车情境中,尤其是在机器上、在设备制造中并且在生产线中的x-y调节装置。
14.对于线性位移传感器的应用,定子和/或所述至少一个移动元件、有利地所述至少一个移动元件被固定在可运动部件上。所述可运动部件也可以被理解为线性位移传感器的
一部分。在转向系统中的示例性应用在这里特别是可以是转向执行器杆。定子和至少一个移动元件中的相应另一个(有利地是定子)可被定位在不运动部件或者说不可运动部件上,所述可运动部件相对于该不运动部件或者说不可运动部件线性地运动或移动。由此,所述至少一个移动元件的线性运动直接导致所述至少一个移动元件和所述可运动部件相对于不运动部件或定子的线性位置的相同位置移动。因此,从所述至少一个移动元件的由定子或评估电路检测到的线性位置或线性运动中能够非间接地或者说直接地推断出所述可运动部件的线性位置或线性运动,该可运动部件应该在相应应用的范围内在其线性移动方面应被检测。在转向系统的示例中,转向执行器杆的线性移动因此对应于布置在其上的所述至少一个移动元件的改变的线性位置,使得能够借助线性位移传感器来检测线性移动,以便基于此实施相应的转向运动。
15.所述至少一个移动元件和/或定子在可运动部件和/或不可运动部件上的布置或固定可以以不同的方式实施。例如,各部件相互间或彼此上的螺纹连接、焊接、喷射和/或粘接是可能的。有利地选择尽可能无损坏的固定方式,以便不妨碍应用,但该固定方式同时适合于保证可靠的固定,以便所述至少一个移动元件和/或定子的固定或固定位置不会丢失,否则这可能导致测量误差。相应地可以规定,所述至少一个移动元件和/或定子设计用于相应地固定在可运动部件和/或不可运动部件上。例如,所述至少一个移动元件和/或定子可以具有相应的固定孔、粘接面或类似物。
16.定子特别是可以被构造为印刷电路板,该印刷电路板具有布置在其上的所述至少一个励磁线圈和所述至少一个传感器接收线圈。定子或印刷电路板也可以具有所述评估电路。
17.耦合区段可以在所述至少一个移动元件的延伸中与非耦合区段线性循环地交替。耦合区段可以由金属材料构造成。特别是,耦合区段可以由导电的实心材料构造成。由此,所述至少一个移动元件和因此线性位移传感器被构造得非常坚固并且因此也适合于特别不利的环境条件。耦合区段的导电材料也可以构造为优选非铁磁材料,诸如铜、铝、不锈钢等。由此,耦合区段特别适合于在腐蚀性环境条件下使用。
18.而非耦合区段可以由非金属材料、特别是由电绝缘材料或绝缘体构造成。例如,非耦合区段可以由塑料构造成。因此能够确保非耦合区段不会使线性位移传感器的测量结果失真。在随后详细阐述的优选设计方案中,非耦合区段可以由各耦合区段之间的自由空间或气隙构成。
19.原则上是足够的是,线性位移传感器被构造成仅具有一个移动元件。所述一个移动元件形成具有感应耦接或耦合区段和非耦合区段的轨迹,定子的所述至少一个传感器接收线圈配属于该轨迹。
20.线性位移传感器的一个有利的进一步改进方案规定,定子具有至少两个传感器接收线圈。线性位移传感器可以具有能相对于定子运动的并且例如彼此平行地或彼此横向地布置的至少两个移动元件。所述两个移动元件的耦合区段可以在所述至少一个移动元件的纵向延伸部的方向上相互错开地布置。移动元件中的每个移动元件可以分别配属有定子的一个传感器接收线圈。特别是,相应配属于一个移动元件的传感器接收线圈可以与相应的移动元件相对置。因此,能够获得励磁线圈与彼此不同的传感器接收线圈的相应感应耦合,这些彼此不同的传感器接收线圈分别配属于不同的移动元件。此外,可以使用多于两个的
传感器接收线圈和多于两个的移动元件。
21.由此,能够进一步改善通过线性位移传感器的感应式线性位置检测。
22.将两个移动元件在一个平面中平行地定向所带来的优点是,获得两个轨迹的足够解耦并且能够将定子简单地实现为单个印刷电路板(英语也称为printed circuit board,简称pcb)。然而,移动元件通常经由引导部沿定子移动。尽管如此,为了在材料使用最少的情况下仍机械稳定地设计移动元件,如下实施方案是有利的,即,在所述实施方案中移动元件不是设计在一个平面中,而是制造为弯曲的部件。因此,制造为冲压弯曲件是非常有利的。可设想不同的变型方案,从简单的“v”形的设计方案开始,其中,第一移动元件位于“v”的左侧并且第二移动元件位于“v”的右侧。这种简单弯折的缺点是,在这种情况下必须为“v”的左边部分和右边部分相应使用两个印刷电路板。但在这种简单弯折中的优点是,比方说在另一些实施方案中也可以是冲压弯曲件的一定程度上引入的预紧力。在任何情况下,冲压弯曲件作为移动元件线性地运动经过定子,这能够通过定子壳体中的相应引导部来获得。为了尽可能无间隙地并且以小的公差引导移动元件,“v”的两个支腿的预紧力与定子中的“v”形引导部相结合可以是有利的。根据引导部的其它设计方案,该引导部的形状不必对应于“v”的形状,而是例如可以对应于燕尾形引导部的形状或从剖面看是部分梯形的或者“u”形的。应强调u形轮廓的一种特别有利的成型,其中所述两个移动元件位于“u”的支腿上。在这种情况下,能够特别有利地将单个多层印刷电路板插入到“u”中。所述多层印刷电路板可以设计为借助在印刷电路板的第一层上的第一发送和接收线圈来感应检测在“u”的左支腿中的第一移动元件,并且借助在印刷电路板的第二层上的第二发送和接收线圈来检测在“u”的右支腿的第二移动元件。换句话说并且在设想将印刷电路板竖直地提供到u里面时,所述层的一部分向左测量并且所述层的另一部分向右测量。在此,从至少两个层并且基于常见的拆分问题和贯通接触导通部的设计出发,更确切地说从至少四个层出发。此外,在印刷电路板的层结构的中间还可以出现其它层,在这些其它层中实现屏蔽结构,所述屏蔽结构能够有助于抑制所述两个移动元件以及相应地为此使用的发射和接收线圈的感应信号的串扰。
23.此外可以规定,所述至少两个移动元件分别具有不同数量的耦合区段。此外,评估电路可以设计用于基于所述至少两个移动元件和至少两个传感器接收线圈根据游标原理的类型来评估所经过的线性位移。由此能够实现在任何时候并且以高精度感应地检测可运动部件相对于定子的线性位置,各移动元件可以共同地固定在该可运动部件上。这种能力也称为“正确接通电源(true power on)”,据此也可以直接在线性位移传感器接通之后、即在线性位移传感器转换成其运行状态之后进行位置检测。对应地,在根据本实施方式的线性位移传感器中也不需要索引(indexierung)等。
24.根据游标原理的类型设计地,也可以谈及两个不同的测量位移或轨迹,它们通过所述至少两个移动元件来提供。这些移动元件原则上可以并排地或相叠地布置。原则上,游标可以具有在例如2至10cm的范围内、特别是在例如3至5cm的范围内的长度。根据游标原理的类型,借助评估电路能够简单且精确地测量由游标构成的移动元件或固定在该移动元件上的可运动部件的相对移动或运动,即使30cm或更多的明显更大的长度。
25.游标原理区分游标主要轨迹和游标次要轨迹。首先,关于游标主要轨迹,游标方法原则上这样起作用,使得第一耦合区段作为第一移动元件的元件在属于游标主要轨迹的定
子线圈(接收线圈和发送线圈)上运动。在此,随着耦合区段的继续运动产生传感器输出信号的线性上升。所提及的耦合区段是其它耦合区段的复合体的一部分,所述其它耦合区段组合成所谓的移动元件。这样选择耦合区段的宽度和耦合区段相对彼此的或彼此之间的间距,使得如果移动元件的一个耦合区段从定子的检测区中出来,那么下一个耦合区段也已经进入。详细地,通常可以通过使用移动元件中的不仅两个耦合区段、而是三个或更多个耦合区段来改进所述原理,因为那时始终有一个耦合区段刚好进入、一个耦合区段完全被检测到或者说完全在检测区中并且第三耦合区段刚好出来。因此,产生三角形信号作为输出信号。
26.现在,第二游标轨迹或第二传感器接收线圈连同第二移动元件起作用,其产生不同长度的局部相移的三角形信号。两个游标轨迹或移动元件连同配属于其的传感器接收线圈可以借助游标算法在评估装置中计算。因此,提供了一种线性位移传感器,其基于移动元件的不同长度和在所期望的10cm或更大的测量行程上的所定位的相位关系而是单义的。因此,通过提供两个平行的移动元件和两个分别形成游标轨迹的传感器接收线圈,实现了在成本方面有吸引力的并且极其紧凑的线性位移传感器。而已知的线性位移传感器通常具有如下问题,即,结构空间长度与测量行程之比在这些线性位移传感器非常大,这是不利的。
27.此外可以规定,彼此平行地布置的所述至少两个移动元件并排地布置并且布置在一个共同的平面中。移动元件并排的构型能够实现特别紧凑的线性位移传感器。移动元件在一个共同的平面中的布置结构能够实现特别简单的制造,例如制造为冲压件,如之后详细阐述的那样。这种平面的设计方案的还决定性的优点是,定子的两个游标结构能够在一个单个印刷电路板上以小的总成本实现。特别是,所述两个移动元件在布置在一个共同的平面中时可以彼此共享一个表面或相对置的表面。此外,移动元件可以一件式地或者说彼此整体地构造。
28.此外可以规定,彼此平行地布置的所述至少两个移动元件通过在各个移动元件的耦合区段之间延伸的连接接片相互连接。所述连接接片允许所述两个移动元件或其各自的耦合区段在结构上简单地相互连接,而线性位移传感器的测量结果不会由此被不利地影响。
29.此外可以规定,所述至少一个移动元件被构造为在其纵向延伸部的方向上在一个平面中延伸的扁平件。构造为扁平件使得所述至少一个移动元件特别紧凑地构造。在多个移动元件彼此构造为一体时,所有移动元件可以共同地由所述扁平件构成。基本上扁平的或板形的部件被理解为扁平件。扁形件可以具有基本上矩形的几何形状。一个扁平件的彼此相对置的表面(所述表面在扁平件情况下面积最大)可以被构造为平坦的并且彼此平行的。
30.也可以规定,耦合区段被构造为相对于非耦合区段的突起。这以结构简单的方式使得传感器接收线圈能够被引导靠近耦合区段,以便被精确地检测。而非耦合区段可以比耦合区段与所述至少一个传感器接收线圈相距更大的距离。由此能够防止非耦合区域与所述至少一个传感器接收线圈感应耦合。
31.此外可以规定,非耦合区段被构造为在所述至少一个移动元件的各耦合区段之间的空隙部。这以特别简单的方式提供非耦合区域,以便避免这些区段与所述至少一个传感器接收线圈的感应耦合。通过这些空隙部,在各耦合区段之间仅存在空气或气隙,其将各耦
合区段彼此分开并且防止不期望的测量影响。有利地,这些空隙部能够非常简单地制造,例如通过从实心材料(例如金属冲压件或扁平件)冲压出非耦合区段。这实现线性位移传感器的特别低的制造成本。
32.此外可以规定,所述至少一个移动元件是金属冲压件。该金属冲压件例如可以作为由金属、例如不锈钢制成的卷筒或卷材来提供,并且通过展开已卷起的金属来冲压,以便制造移动元件。由此能够实现特别简单地制造移动元件。
33.也可以规定,所述至少一个移动元件具有不能导电的载体并且耦合区段被施加在该载体上。载体例如可以由塑料材料制成、特别是注塑成型。载体(其替代地也可被称为芯)特别是能够实现将所述至少一个移动元件之后特别简单地固定在可运动部件或不可运动部件上。耦合区段例如可以作为单个的导电薄片(特别是金属薄片)或导电涂层(特别是金属涂层)被施加在载体上,例如通过粘接或者通过其它工艺、如浸入到液态金属池中或第二通过金属气相喷镀或溅射。耦合区段也可以以烧结方法来制造。这带来如下优点,即,所出现的、通过工艺引起的制造公差进一步受到限制并且因此能够优化地设计用于传感装置。与此对应地,所述至少一个移动元件不需要完全由导电材料构造。足够的是,仅布置在芯或载体上的涂层或布置在其上的薄片构造成导电的,这降低了线性位移传感器的制造成本。
34.根据本发明第二方面,开头提到的任务通过一种用于车辆的转向系统来解决,其中,所述转向系统具有根据本发明第一方面的线性位移传感器。
35.车辆的转向系统可以具有已知的组件,如转向元件(例如方向盘)、车轴等。
36.可以规定,所述至少一个移动元件布置在转向系统的转向执行器杆上。与此相对地,线性位移传感器可以对应地以其定子布置在非可运动的或者说不可运动的部件、例如转向系统的壳体上面或之上。这种有利的布置结构能够实现可靠的定位以防可能的滑动,以用于借助线性位移传感器在转向系统中进行测量。
37.此外可以规定,转向系统被构造为具有控制器和机电执行器的线控转向系统。控制器可以与线性位移传感器耦合。控制器可以设计用于将由线性位移传感器检测到的线性位置转换成用于机电执行器的转向指令并且将该转向指令传递给机电执行器,使得机电执行器能够调节地实施与转向指令对应的转向运动。
38.机电执行器例如可以是电动马达或能够在车辆上实施转向运动的任何其它类型的执行器。
39.线性位移传感器可以至少部分地布置在转向系统的功率单元的壳体中或上,该功率单元至少具有所述机电执行器。这种功率单元经常也被称为电源组(power-pack)并且也包括线控转向系统的控制器。
40.根据本发明第三方面,开头提及的任务通过一种车辆、特别是机动车、例如轿车或货车来解决,该车辆具有根据本发明第二方面的转向系统。
附图说明
41.下面借助附图详细阐述本发明。所有由权利要求书、说明书或附图得出的特征,包括结构细节和空间布置结构,不仅可以本身是对本发明重要的,而且可以以任意不同组合是对本发明重要的。具有相同的功能和/或作用方式的元件在图1至6中分别设有相同的附图标记。在附图中分别示意性地:
42.图1示出感应式的线性位移传感器的透视图;
43.图2示出感应式的线性位移传感器的俯视图;
44.图3示出图1和图2中的感应式的线性位移传感器的游标的一个替代实施方式的俯视图;
45.图4示出图1和图2的感应式的线性位移传感器中的传感器接收线圈的信号-线性位移曲线的视图;
46.图5示出车辆的转向系统的原理视图;以及
47.图6示出图5中的转向系统的转向单元的原理视图。
具体实施方式
48.等同的、功能相同的或结构相同的元件在图1至6中用相同的附图标记表示。只要在同一附图中多次存在等同的、功能相同的或结构相同的元件,则其用相同的附图标记表示,其中,仅为了相互区分元件连续地对其编号。因此,在本发明的意义中,等同的、功能相同的或结构相同的元件的数量和布置结构无论如何不受限制,而是仅示例性地给出,除非另外规定。连续的编号用点与附图标记分开。
49.图1以透视图示出感应式的线性位移传感器1。感应式的线性位移传感器1具有定子2和所谓的游标。线性位移传感器1被构造用于确定具有移动元件4.1、4.2的游标相对于定子2的线性位置和/或沿运动方向x所经过的线性位移。
50.移动元件4.1、4.2(其替代地也可被称为游标带4.1、4.2)通常可以大致实心地制成。因此,这里所使用的大致导电的区段可以通过例如对实心的移动元件4.1、4.2的切削加工来实现。但同样可以有利的是,移动元件4.1、4.2由金属带借助冲压制成。根据该构思,移动元件4.1、4.2在下面应被称为游标带4.1、4.2,尽管就此也始终应指的是移动元件4.1、4.2的较一般的构造。因此,术语“游标带”并不意味着必须涉及物理带。更确切地说,术语“游标带”主要也可以在电作用方面理解,因为所述电作用发生在移动元件4.1.4.2的表面中并且移动元件4.1.4.2的三维设计不是对于测量原理本身而是出于制造观点或必要的机械稳定性准则是必需的。
51.游标(特别是固定在可运动部件、如转向执行器杆12上(参见图5和6))和定子2可以安装在车辆100中(参见图5)。定子2具有一个未示出的励磁线圈和两个传感器接收线圈组3.1、3.2,它们以对于本领域技术人员已知的方式布置在定子2上,该定子当前由印刷电路板构成。传感器接收线圈组3.1、3.2如在以商标名称已知的技术中那样分别由多个单个接收线圈组成。在技术的情况下,在此始终使用三个单个接收线圈。借助两个单个接收线圈的其它j9九游会真人的解决方案同样是已知的,其中,为了改善精度,单个接收线圈的数量也可以被提高超过三个。在此,所述两个传感器接收线圈组3.1、3.2分别配属于游标带4.1、4.2中的一个游标带或与其平行地布置。
52.游标当前由所述两个游标带4.1、4.2构成。游标带4.1、4.2彼此平行地并且并排地布置。此外,所述两个游标带4.1、4.2共享一个共同的平面或者说在一个共同的平面中延伸。游标带4.1、4.2通过连接接片7相互连接,所述连接接片连接耦合区段5.1、5.2、5.3、5.4,所述耦合区段与上述对将移动元件4.1、4.2称为游标带4.1、4.2的解释类似地在下面被称为游标垫5.1、5.2、5.3、5.4,所述连接接片将游标带4.1、4.2分别相互连接(为了清楚
起见,在这里仅标示游标带4.1、4.2的游标垫5中的一些游标垫)。游标带4.1、4.2具有纵向延伸部,连接接片7也沿所述纵向延伸部延伸。
53.分别横向于游标带4.1、4.2的纵向延伸部彼此相邻的游标垫5当前以偏移v彼此布置。换句话说,各个游标带4.1、4.2的游标垫5分别放置在连接接片7的不同的在其延伸上观察的长度或位置上。此外,游标带4.2具有比游标带4.1少的游标垫5,当前例如在游标带4.2中具有十个游标垫5并且在游标带4.1中具有十一个游标垫5。
54.游标垫5当前由能导电的材料、特别是由金属材料构造成。它们用作用于定子2的感应耦合区域,定子具有其传感器接收线圈组3.1、3.2。在各游标垫5之间分别存在非耦合区域6.1、6.2、6.3、6.4,其中,为了清楚起见,这里也仅标示游标带4.1、4.2的非耦合区域6中的一些非耦合区域。
55.非耦合区域6可以由比游标垫5更少的材料或者不能导电的材料构成。特别是,它们可以由在各游标垫5之间的绝缘体构成。非耦合区域6当前以在游标带4.1、4.2中的空隙部或留空部的形式构造在每个游标带4.1、4.2的每两个游标垫5之间。这是非耦合区域6的一个特别优选的实施变型方案,因为游标由此能够简单且成本有利地制造并且能够获得良好的测量结果。
56.图1所示的游标带4.1、4.2或游标在此示例性地构造为以金属冲压件形式的扁平件。这在制造时具有优点,因为游标的金属材料的卷筒或卷材可以展开并且适配地裁剪,以便获得游标。非耦合区域6然后可以通过施加或引入绝缘体或如在此所示的那样通过冲裁来制造。
57.但替代地,例如也可以制造具有例如由塑料制成的载体或芯的游标。在此,载体或芯可以成本有利地以注塑方法来制造。游标垫5然后可以通过粘接或以其它方式被施加在塑料之间,该塑料的区域然后在图1中所示的布置结构中用作非耦合区域6。
58.当前,游标垫5和非耦合区域6具有矩形形状。这在制造技术上虽然能简单地实现,然而对于在游标带4.1、4.2中的功能而言不是必需的。因此,替代地例如可能的是,将游标垫5和/或非耦合区域6构造为具有带有倒圆角的矩形形状、构造为椭圆形形状或其它形状。
59.游标带4.1、4.2在其外侧上还具有分别连接游标垫5的运输接片9.1、9.2或运输条带。这些运输接片或运输条带是单纯可选的并且可以取消。然而,在上述的将游标制造为冲压件的方法中,这些运输接片或运输条带有利于运输游标或游标带4.1、4.2。然而,在最后的方法步骤中,这些运输接片或运输条带可以被移除。这种游标或这种游标带4.1、4.2在图2中示出,之后将对其进行详细探讨。
60.与游标带4.1、4.2间隔开地并且与其平行地存在定子2,该定子具有其传感器接收线圈组3.1、3.2。此外,定子2具有所述至少一个励磁线圈。此外,定子具有所述评估电路8。评估电路8设计用于根据在按照本实施例的感应式线性位移传感器1的运行状态下、即当感应式线性位移传感器1接通时借助游标在定子2的励磁线圈与两个传感器接收线圈之间的感应耦合来确定游标或可运动部件、诸如图6中的转向执行器杆12的相对位置或相对于定子2所经过的线性位移。然后,可以以本领域技术人员已知的方式借助评估电路8从可运动部件相对于定子2的这样确定的线性位置中确定可运动部件相对于定子2的线性位置、线性位移和/或线性速度。
61.根据可运动部件或游标相对于定子2的线性状态或线性位置,游标带4.1、4.2的一
个或多个游标垫5与定子2的励磁线圈和传感器接收线圈组3.1、3.2作用连接。位于各游标垫5之间的非耦合区域6基本上不与定子2的励磁线圈和传感器接收线圈组3.1、3.2作用连接。因此,游标垫5分别建立定子2的励磁线圈与传感器接收线圈组3.1、3.2的感应耦合,所述感应耦合实现传感器接收线圈组3.1、3.2的输出信号的单义组合,如由图4得出的那样。
62.图4关于在运动方向x上所经过的线性位移x示出传感器接收线圈组3.1、3.2的作为三角信号产生的输出信号21、22的以%为单位的信号强度s。这些输出信号21、22被进一步传输给评估电路8以用于评估。由评估电路8将传感器接收线圈组3.1、3.2的输出信号21、22组合成一个合成信号20,该合成信号得出所经过的线性位移x。
63.游标带4.1、4.2构成具有相互不同数量的游标垫5连同与其对应的非耦合区域6的不同游标轨迹,其中,所述两个游标带4.1、4.2的游标垫5和非耦合区域6这样构造成并且彼此布置成,使得借助评估电路8根据游标原理的类型能够实现评估可运动部件相对于定子2的相对位置。
64.现在,在不同的汽车应用中、特别是在车辆100中的转向系统10中,如其在图5和图6中所示的那样,游标可以被固定、例如粘接或拧接在所述应用的可运动部件上、例如在转向执行器杆上。定子2又可以被固定在非可运动的或者说不可运动的部件上。如果可运动部件12运动,则游标也因此运动,更切确地说经过定子2。所述至少一个励磁线圈以对于本领域技术人员已知的方式实现在游标垫5中的激励或涡流产生,所述激励或涡流产生又相应地由传感器接收线圈组3.1、3.2检测。由此,评估电路8可以根据游标原理利用具有彼此错开的并且在数量上不同的游标垫5的游标带4.1、4.2测量游标在运动方向x上的运动的线性位移或者游标相对于定子2的线性位置、即在线性运动方向x上的位置。由此能够推断出可运动部件、即例如转向执行器杆12的线性位置或线性位移。
65.图2示出游标的已经提到的替代的实施方式,其具有两个游标带4.1、4.2,而没有图1中的运输接片9.1、9.2并且在游标垫5和非耦合区域6的数量方面相对于图1更小。
66.原则上,游标垫5和非耦合区域6的数量可以根据相应的应用、特别是根据在此要测量的线性位移自由选择。因此,例如游标垫5的数量可以在3至30之间、特别是在5至20之间。同样,非耦合区域6的数量可以在2至29之间、特别是在4至19之间。
67.图3示出游标的另一个替代的实施方式,该实施方式与图2的区别如下:连接接片7不是由金属构造成,而是由非金属材料、例如塑料构造成。因此,连接接片7构成非耦合区域。在此,游标垫5可以以彼此合适的间距被直接施加在可运动部件、例如转向执行器杆12上。
68.图5示出以汽车形式的车辆100的转向系统10,该转向系统以线控转向系统的形式构造。
69.在所谓的线控转向系统(其中取消了转向柱)中,该系统首先由人机界面并且其次由车辆100的车轮上的定位装置预先给定。首先提到的单元位于车辆内部空间中并且优选由具有转向角传感装置的方向盘和复位装置组成。其次提到的定位装置与优选两个前轮连接并且由具有目标值和实际值的位置调节回路构成。如在位置调节回路中常见的那样,所述调节以数字形式借助微处理器中的位置调节算法或者其它数字调节装置或者在所谓的状态机器中的固定布线的算法来进行。然而原则上,也可设想模拟调节或模拟/数字混合调节用于调节任务。
70.为了能够精确地实施调节,位置传感器非常重要。作为位置传感器,原则上考虑角度传感器或者线性位移传感器。这里选择的实施方式在转向系统10的转向执行器杆12上提供图1中的线性位移传感器1(参见图6)。
71.转向系统10包括转向元件11,该转向元件当前构造为方向盘。车辆100的驾驶员想借助转向元件11使车辆100转向并且为此将方向盘在确定的方向上转动确定的转向角度。安装在方向盘上的传感装置记录所述转向角度和转向力矩。具体来说,转向系统10的控制器15(英语也称为electronic control unit,简称ecu)与相应的传感装置电子连接并且接收驾驶员的转向期望(转向角度和转向力矩)并且将该转向期望进一步传递给又与控制器15连接的功率单元13上,该功率单元通常也称为电源组。
72.在此,所述转向基于具有目标值和实际值的位置调节回路。借助在功率单元13中的感应式的线性位移传感器1(参见图6)可以确定车辆的车轮的实际位置。同样在功率单元13中的转向执行器16(参见图6)然后由控制单元15操控,以便根据驾驶员期望操纵转向。这通过使转向执行器杆12线性地向右或向左运动并且因此也使车辆100的车轮相应地运动来实现。这一直进行到线性位移传感器1通知控制器15达到控制器15根据驾驶员的方向盘操纵已经预先给定的目标位置。
73.图6示出转向系统10的更详细的原理概图,该原理概图也示出功率单元13的组件。线性位移传感器1与定子2一起位于功率单元13的壳体14上,其中,游标带4.1、4.2固定在转向执行器杆12上并且以能相对于定子2相对运动的方式布置。壳体14例如可以包含空隙部或凹处,定子2可以嵌入到所述空隙部或凹处中。
74.通过将线性位移传感器1集成到功率单元13中,取消了否则必需的且有成本的布线,因为可以利用或有利地扩展存在于功率单元13中的布线。此外,线性位移传感器1的定子2上的电子装置的接口和供电线路不能被保护以防线性位移传感器1的供电线路和输出线路的短路。这通常允许简化的电子装置并且对于所使用的半导体技术允许更简单且更成本有利的制造过程。通过该实施方案的更紧凑的结构方式,整个布置系统此外相对于干扰场的电磁入射是更不敏感的,由此实现了传感装置的运行稳定性的提高。
75.如上所描述,转向单元10的工作原理是这样的:当车辆100的驾驶员操纵转向元件11时,转向系统10的在转向单元10内的控制器15接收驾驶员的转向期望。控制器15然后可以借助转向执行器杆12的线性位置或线性位移根据在驾驶员侧通过操纵转向元件11表达的转向期望来操纵机电执行器或转向执行器16以控制车辆100的转向,所述线性位置或线性位移可以从线性位移传感器1的测量中获得或计算出。
76.执行器16被这样长地操纵,直至达到根据驾驶员转向期望的目标位置。当调节差e=实际位置-目标位置等于零时,则是这种情况。实际位置又从线性位移传感器1的测量中得出。
77.附图标记列表
[0078]1ꢀꢀꢀ
感应式的线性位移传感器
[0079]2ꢀꢀꢀ
定子
[0080]3ꢀꢀꢀ
传感器接收线圈、传感器接收线圈组
[0081]4ꢀꢀꢀ
移动元件、游标带
[0082]5ꢀꢀꢀ
耦合区段、游标垫
[0083]6ꢀꢀꢀ
非耦合区段
[0084]7ꢀꢀꢀ
连接接片
[0085]8ꢀꢀꢀ
评估电路
[0086]9ꢀꢀꢀ
运输接片
[0087]
10
ꢀꢀ
转向系统
[0088]
11
ꢀꢀ
转向元件
[0089]
12
ꢀꢀ
转向执行器杆
[0090]
13
ꢀꢀ
功率单元
[0091]
14
ꢀꢀ
壳体
[0092]
15
ꢀꢀ
控制器
[0093]
16
ꢀꢀ
机电执行器、转向执行器
[0094]
17
ꢀꢀ
合成信号
[0095]
21
ꢀꢀ
第一传感器接收线圈的信号
[0096]
22
ꢀꢀ
第二传感器接收线圈的信号
[0097]
100 车辆
[0098]
x
ꢀꢀꢀ
运动方向、线性位移
[0099]sꢀꢀꢀ
信号
[0100]vꢀꢀꢀ
偏移